摘要：住宅是一种常见的建筑，需要满足建筑使用功能和舒适性。本文以深圳某项目为例系统阐述装配式住宅装配式设计要点，包括装配式建筑标准化设计、装配式建筑装饰装修设计、装配式结构设计、BIM设计及装配式关键节点设计。此项目为今后类似装配式建筑设计与建造做出积极探索，可以为以后同类项目提供宝贵的经验。
关键词：装配式住宅；高层装配式建筑；装配式设计；
Key points and analysis of the design of prefabricated house
Wang Chun
Abstract: residence is a kind of common building, which needs to satisfy the function and comfort of building. This paper takes the early start-up project of western logistics company as an example to elaborate the key points of assembly design of prefabricated housing systematically, including the standardized design of prefabricated building, decoration design of prefabricated building, prefabricated structure design, BIM design as well as key node design. This project will make a positive exploration for the design and construction of similar prefabricated buildings, and provide valuable experience for similar projects in the future.
Keywords: Prefabricated house; high-rise prefabricated building ;prefabricated designing
0 引言
随着建造技术地发展，建筑不仅要满足使用功能，更需要提升品质，提高用户体验。装配式建筑不仅能满足舒适度要求，还能更加环保、绿色、节能。装配式建筑与传统方式相比，受自然环境的影响少，能缩短工期，施工质量更可控；在提高生产效率的同时具有精度高、质量高的特点；能有效减少建筑垃圾，节水节电节材环保；防水效果更好，增加使用面积。目前装配式建筑在住宅、学校、医院、展馆等方面有了一定经验 [1-7]，但是系统性地阐述整个装配式设计流程的文献较少。基于此，本文以深圳某项目为例系统阐述装配式住宅装配式设计全过程。
1 工程概况
某项目位于深圳市南山区妈湾片区开发19单元内的06街坊，东临妈湾一路，西至自贸大街，南至深惠城际线，北至海怡大道。建设用地面积12490.6m2，总建筑面积78313.04 m2。住宅建筑面积51500 m2，地上最高43层，地下2层，结构体系为框架-核心筒结构；住宅总户数377户，容积率：4.48。
装配式建筑设计范围为4栋住宅塔楼部分，分别为1号楼、2号楼、3A号楼、3B号楼（图1），预制构件种类为预制飘窗、预制外墙、预制阳台、预制内墙、预制楼梯、轻质混凝土条板。
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图1 项目效果图
Fig.1 Effect drawing of project
2 装配式住宅设计
装配式住宅不仅要满足普通住宅的功能，还要便于工业化生产与施工。预制构件的生产以标准化的模数模块设计为前提，最大限度采用机械化操作取代大量人工作业；协同墙板，楼梯生产线中划线定位、钢筋绑扎、混凝土浇筑等不同工位作业，协同建筑、结构、水暖电不同专业、不同工位作业环节、不同生产线之间的相互交叉配合，充分发挥工厂的自动化、规模化生产优势，提高生产加工精度、生产效率和效能；并在构件生产过程中采用循环水养护和标准化模具，减少对水资源的浪费和对木模板的消耗。基于这些特点装配式设计的要点在于标准化及各专业的协同化、一体化。
2.1 装配式建筑标准化设计
（1）户型模块标准化
本项目共4栋住宅楼，由5种标准化户型模块组成，分别为A户型（约192㎡）、 B1户型（约125㎡）、B2户型（约124㎡）、B3户型（约120㎡）、B4户型（约120㎡）。通过对户型的标准化、模数化的设计研究，结合室内精装修一体化设计，各栋组合建筑平面方正实用、结构简洁，满足装配式住宅设计体系的原则。
（2）预制构件标准化
4栋住宅楼预制范围为地上结构转换层以上标准层,共采用五种预制构件及轻质内隔墙。预制飘窗构件共14种；预制阳台构件共5种；预制外墙构件共5种；预制内墙构件共3种；预制楼梯构件共2种（图2、图3）。较好实现了平面的标准化，为预制构件的少种类、多数量提供了可能。标准层楼层建筑平面规整，承重墙上下贯通，形体上没有过大凹凸变化，构件连接节点采用标准化设计，符合安全、经济、方便施工的要求。外围护结构采用预制飘窗、预制阳台、预制外墙与铝模现浇相结合的装配式建筑技术，户内部分内墙施工采用预制内墙与轻质隔墙板结合方式，实现外墙、户内内墙免抹灰施工工艺。
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图3 1号楼预制构件平面布置图
Fig.3 Layout plan of prefabricated components of Building 1
2.2 装配式建筑装饰装修设计
建筑结构机电装修一体化是在建筑物施工前进行建筑结构、装修、机电安装一体化；将室内装修的设计图纸送进工厂加工，将室内装修所使用的产品以工厂化机械制式生产，以工厂化的稳定的流程控制产品的品质，现场只做装配组装的室内装修方式。
采用建筑结构机电装修一体化，可以为电气、给排水、暖通各点位提供精准定位，不用现场剔槽、开洞，避免错漏碰缺，保证安装装修质量。一体化室内精装设计施工，大规模集中采购，装修材料更安全、环保，标准化的装修保障了装修质量，避免二次装修对材料的浪费，最大程度的节约材料。本项目采用全装修设计，保证了装修品质，装修部品工厂化加工，选材优质绿色，杜绝了传统装修方式在噪声和空气上带来的污染。
结合本项目采用预制墙体和机电管线安装的特点，对机电管线及内部精装方案进行如下深化设计（图4、图5、图6）：
（1）在建筑设计的初期，室内设计提前介入，针对建筑设计中不合理的地方进行改造，两者结合起来，统一设计，如预制飘窗窗檐高度及净宽要满足室内空间要求及排水管道预留孔位置的要求，预制内墙满足机电专业线盒及管线预留预埋要求，包括结合机电专业预留管道等要满足内装设计要求；建筑结构等构件加工时管线、线盒按装修图精确预埋、安装到位，确保建筑、机电、装修一次成活，实现土建、机电、装修一体化。
（2）在建筑物施工前进行装修、土建、机电安装一体化，对预留预埋、机电管线、点位接口等准确定位，满足装修一次到位要求，保证建筑设计与装修设计的一致性，避免对结构墙体的剔凿，确保结构安全，提高住宅品质，室内装修的设计图纸送进工厂加工，将室内装修所使用的产品以工厂化机械制式生产，以工厂化的稳定的流程控制产品的品质，现场只做装配组装，实现装修、土建、机电一体化。
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图6 预制内墙深化示意图
Fig. 6 Deepening diagram of prefabricated interior wall
2.3 装配式结构设计
本项目采用现浇部分框支抗震剪力墙结构+预制外挂飘窗（阳台）的装配式结构体系，预制构件种类为预制飘窗、预制阳台、预制楼梯梯段（不含休息平台）、预制叠合梁复合内墙、预制叠合梁复合外墙，装配式模板采用铝合金模板，装配式内墙采用轻质混凝土条板，形成一套系统的装配体系。
结构分析设计阶段，根据预制构件与主体结构的连接方式，进行了以下几点考虑：
1）预制飘窗上挂板与现浇梁叠合为一个整体，施工图设计时已经考虑其荷载及其对现浇梁刚度的影响，并在结构主体计算中考虑。
2）预制内墙与周边结构构件之间采用聚苯板部分隔离，形成弱连接。主体结构计算时通过对结构周期进行折减来考虑其对结构刚度的贡献。
3）结构核心筒部位采用预制楼梯，已经在超限审查报告中体现，并且已经通过超限审查。
2.4 BIM设计
本阶段所提供技术资料为设计阶段原始数据，综合考虑装配式建筑的特点，BIM应用贯穿于项目始终，在项目建造过程中结合实际项目情况综合应用BIM信息化技术，辅助项目顺利进行。
本项目的BIM应用在设计阶段的主要工作内容包括全专业设计建模，包括建筑、结构（图7）、内装（图8）、水（图9）、暖（图10）、电（图11）、预制构件拆分设计、预制构件深化设计、标准层施工动画模拟，以及后期辅助于生产、施工阶段等。
针对本项目拆分出来的预制构件，通过BIM软件进行三维深化设计，包括对预制构件内的预制混凝土、钢筋、预埋件、机电预埋管线等进行综合设计，完成碰撞检查无误后，自动生成二维参数图纸。标准层施工主要包括预制飘窗、预制墙板（包括内、外墙板）、预制阳台、预制次梁、预制楼梯的安装，混凝土条板的安装，现浇部分混凝土的浇筑、机电管线预埋等，通过施工动画模拟整个施工过程，清晰展示出各专业间的施工组织及技术要点（动画视频见视频文件）。
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图9 给排水模型
Fig. 9 Water supply and drainage model
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图11 电气模型
Fig. 11 Electrical model
3关键节点设计
本项目的装配整体式结构的设计，是在选用可靠的预制构件受力钢筋连接技术的基础上，采用预制构件与后浇混凝土相结合的方法，通过连接节点合理的构造措施，将预制构件连接成一个整体，保证其具有与现浇混凝土结构等同的延性、承载力和耐久性能，达到与现浇混凝土结构性能基本等同的效果。其整体性主要体现在预制构件与后浇混凝土之间的连接节点上，包括接缝混凝土粗糙面及键槽的处理、钢筋连接锚固技术、设置各类联系钢筋等。
3.1 预制飘窗的设计
本项目中预制飘窗通过上部与现浇梁连接，两侧通过预留连接筋与柱连接，底部不连接。预制飘窗构件安装连接节点如下图所示：
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图14 预制飘窗水平向节点防水构造详图
Fig.14 Waterproof structure detail of horizontal node of prefabricated floating window
3.2 预制阳台的设计
本项目中预制阳台为全预制梁式阳台，通过预留梁钢筋、板钢筋，使阳台与现浇楼板形成整体，达到等同现浇的作用。为了加大安全储备，保证耐久性要求，阳台板钢筋按悬挑板式阳台设计，加大板面筋。预制阳台构件安装连接节点如下图所示：
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图16 预制阳台板连接节点
Fig. 16 connection node of prefabricated balcony slab
3.3 预制楼梯的设计
本项目中楼梯为剪刀剃，采用上端固定，下端铰接的连接方式。预制楼梯构件安装连接节点如下图所示：
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图18 剪刀梯固定铰端安装节点
Fig.18 fixed hinge end installation node of scissor ladder
3.4 预制叠合梁复合墙的设计
本项目中预制叠合梁复合墙采用上部连接的方式，预制叠合梁复合墙构件安装连接节点如下图所示：
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图20 预制外墙水平向节点防水构造详图
Fig. 20 Detailed waterproof structure of prefabricated external wall horizontal node
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图22 预制内墙横向节点及墙体防开裂构造
Fig.22 transverse joint of prefabricated interior wall and anti-cracking structure of wall
4 结语
通过本项目系统地阐述了装配式住宅设计的过程，包括装配式建筑标准化设计、装配式建筑装饰装修设计、装配式结构设计、BIM设计及装配式关键节点设计。在实际施工过程中，通过处理出现的问题不断完善构件设计，优化构件安装的流程。此次实践表明以装配式住宅既能满足建筑使用功能的舒适性，又能保证结构的安全性，缩短工期，节省材料，取得良好的经济效益。本次探索为今后类似装配式建筑设计与建造做出了积极探索，可以为以后同类项目提供宝贵的经验[8-10]。
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